Дон Боннелл, вице-ректор Пенна для исследования и профессор Доверенного лица Материаловедения и Разработки в Школе Технических наук и прикладной науки, привела работу, наряду с Дэвидом Конклином, докторантом. Исследование включило сотрудничество среди дополнительных исследователей Пенна через Нано/Био Интерфейсный Центр, а также сотрудничество с лабораторией Майкла Дж. Тэрина из Университета Дюка.
«Мы счастливы найти процесс, который намного более эффективен, чем обычная фотопроводимость», сказал Боннелл. «Используя такой подход мог сделать сбор урожая солнечной энергии и оптикоэлектронные устройства намного лучше».Исследование было опубликовано в журнале ACS Nano и было обсуждено на пресс-конференции в американском Химическом Обществе Национальная Встреча и выставка в Индианаполисе сегодня.Новая работа сосредотачивает на плазмонных наноструктурах, определенно, материалы, изготовленные от золотых частиц и светочувствительных молекул porphyin, точных размеров и устроенный в определенных образцах.
Плазмоны или коллективное колебание электронов, могут быть взволнованы в этих системах оптической радиацией и вызвать электрический ток, который может переместиться в образец, определенный размером и расположением золотых частиц, а также электрическими свойствами окружающей окружающей среды.Поскольку эти материалы могут увеличить рассеивание света, у них есть потенциал, который будет использоваться, чтобы способствовать в диапазоне технологического применения, такого как увеличивающееся поглощение в солнечных батареях.
В 2010 Bonnell и коллеги опубликовали работу в Нано ACS, сообщив о фальсификации плазмонной наноструктуры, которая вызвала и спроектировала электрический ток через молекулы. В некоторых случаях они проектировали материал, множество золотых наночастиц, используя группу Боннелла техники, изобретенную, известную как сегнетоэлектрическая субмикронная литография.
Открытие было потенциально сильно, но ученые не могли доказать, что улучшенная трансдукция оптической радиации к электрическому току происходила из-за «горячих электронов», произведенных взволнованными плазмонами. Другие возможности включали это, сама porphyin молекула была взволнована или что электрическое поле могло сосредоточить поступающий свет.«Мы выдвинули гипотезу, что, когда плазмоны взволнованы высокое энергетическое государство, нам необходимо получить электроны из материала», сказал Боннелл. «Если мы могли бы сделать это, мы могли бы использовать их для молекулярных приложений устройства электроники, таких как компоненты схемы или извлечение солнечной энергии».Чтобы исследовать механизм вызванного плазмоном тока, исследователи систематически изменяли различные компоненты плазмонной наноструктуры, изменяя размер золотых наночастиц, размер porphyin молекул и интервал тех компонентов.
Они проектировали определенные структуры, которые исключили другие возможности так, чтобы единственный вклад в расширенный фототок мог быть от горячих электронов, полученных от плазмонов.«В наших измерениях, по сравнению с обычным фотовозбуждением, мы видели увеличения три к 10 разам в эффективности нашего процесса», сказал Боннелл. «И мы даже не оптимизировали систему. В принципе Вы можете предположить огромные увеличения эффективности».Устройства, включающие этот процесс сбора урожая вызванных плазмоном горячих электронов, могли быть настроены для различных заявлений, изменив размер и делая интервалы наночастиц, которые изменят длину волны света, на который отвечает плазмон.
«Вы могли предположить иметь краску на своем ноутбуке, который действовал как солнечная батарея, чтобы привести ее в действие, используя только солнечный свет», сказал Боннелл. «Эти материалы могли также улучшить коммуникационные устройства, став частью эффективных молекулярных схем».Команда Пенна включала Bonnell, Conklin, Санйини Нанайяккару и Си Чена от Отдела Разработки Парка Разработки и Материаловедения и Tae-Гонконга из Школы Искусств и Отдела Наук Химии.
Среди других соавторов были Мари Ф. Лэгэдек из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Тэрин и Джошуа Т. Стекэр Герцога.